Forum: Haus & Smart Home Bleiakku oder LiPo für 12V kleinverbraucher im Garten


von Holger K. (holgerkraehe)


Angehängte Dateien:

Lesenswert?

Hallo zusammen

Ich habe im Garten eine kleine 12V Pumpe welche ein paar Mal am Tag für 
1-2 Minuten laufen soll.

Diese habe ich bisher über einen kleinen Bleiakku gespiesen
https://www.reichelt.de/blei-vlies-akku-12-v-1-2-ah-wp-1-2-12-p44416.html

Diesen habe ich bisher seit ca. 3 Jahren in Betrieb. Bisher über einen 
Schalter aktiviert und deaktiviert.

Nun wird es jedoch Zeit, das ganze zu automatisieren.
Deshalb habe ich in die Box, in welcher ich den Akku habe, einen Arduino 
mit WiFi eingebaut. Dieser hängt nun ganzzeitig am Akku.

Gespiesen wird der Akku von einer kleinen Solarzelle:
Diese hat 18V und 4.2W.

Zum Laden des Bleiakkus habe ich einen LM317T verwendet welchen ich auf 
die Ladeschlussspannung von 13.7V eingestellt habe.

Bisher hat dies recht gut funktioniert.

Aktuell beobachte ich jedoch folgendes Verhalten:

Die Spannung am Akku beträgt ca. 12.8V
Beim aktivieren der Pumpe bricht diese prompt auf ca. 5.8V zusammen.
Sobald die Pumpe wieder ausschaltet steigt die Spannung sofort wieder 
auf 12.8V

Der Akku scheint also einen ziemlich hohen Innenwiderstand zu haben.

Frage ist nun:

Soll ich den Akku weiter behalten? Kann sich der erholen?
Ist die Ladeschaltung mit einem LM317T grundsätzlich akzeptabel?
Soll ich lieber auf LiPo wechseln? Vermutlich schlecht bei Winter?

Und, falls ich auf LiPo wechsle, denkt ihr dass ich für das Laden dieses 
Akkus auch bei solch geringen Ladeströmen einen balancer benötige? Ich 
würde einen 11.1V (3-Zellen) einsetzen.

Danke schonmal.

: Bearbeitet durch User
von nicht so (Gast)


Lesenswert?

Holger K. schrieb:
> Und, falls ich auf LiPo wechsle, denkt ihr dass ich für das Laden dieses
> Akkus auch bei solch geringen Ladeströmen einen balancer benötige? Ich
> würde einen 11.1V (3-Zellen) einsetzen.

Da kann man wieder einen Glaubenskrieg lostreten. Bei den Preisen für 
eine BMS Platine mit Balancer und Tiefentladeschutz würde ich da aber 
nicht groß nachdenken, einfach einbauen und gut schlafen.

Holger K. schrieb:
> Deshalb habe ich in die Box, in welcher ich den Akku habe, einen Arduino
> mit WiFi eingebaut. Dieser hängt nun ganzzeitig am Akku.
>
> Gespiesen wird der Akku von einer kleinen Solarzelle:
> Diese hat 18V und 4.2W.

Mit einer 4.2W Solarzelle 24/7 eine WiFi Verbindung aufrechterhalten 
alte ich für sportlich, aber anscheinend funktionierts ja (?)

Holger K. schrieb:
> Soll ich den Akku weiter behalten? Kann sich der erholen?

Lad den erstmal auf herkömmliche Art voll und probiers dann nochmal. Ich 
vermute der ist einfach durch den Arduino leergesagt, 12.8V 
Leerlaufspannung hin oder her.

Holger K. schrieb:
> Ist die Ladeschaltung mit einem LM317T grundsätzlich akzeptabel?

Du hast keine Ladeschaltung gezeigt, aber vermutlich ja.

von Holger K. (holgerkraehe)


Lesenswert?

nicht so schrieb:
> Holger K. schrieb:
>> Ist die Ladeschaltung mit einem LM317T grundsätzlich akzeptabel?
>
> Du hast keine Ladeschaltung gezeigt, aber vermutlich ja.

Ich meinte damit mehr das Prinzip an sich, einfach mit Konstantspannung 
zu laden...

Die Schaltung selbst funktioniert schon.

nicht so schrieb:
> Mit einer 4.2W Solarzelle 24/7 eine WiFi Verbindung aufrechterhalten
> alte ich für sportlich, aber anscheinend funktionierts ja (?)

Nun das mit dem Arduino ist nun neu...
Das muss sich erst noch bewähren. Evtl. muss ich den ESP8266 in den 
sleep mode setzen...

nicht so schrieb:
> Da kann man wieder einen Glaubenskrieg lostreten. Bei den Preisen für
> eine BMS Platine mit Balancer und Tiefentladeschutz würde ich da aber
> nicht groß nachdenken, einfach einbauen und gut schlafen.

Das stimmt. Leider hab ich bei Aliexpress keinen balancer für 3 zellen 
gefunden. Kennst du evtl. gerade einen link?

nicht so schrieb:
> Lad den erstmal auf herkömmliche Art voll und probiers dann nochmal. Ich
> vermute der ist einfach durch den Arduino leergesagt, 12.8V
> Leerlaufspannung hin oder her.

Ok werd ich mal machen.

Danke

von Holger K. (holgerkraehe)


Lesenswert?

Ok, hab was gefunden:

https://www.aliexpress.com/item/4000741431303.html

Kann ich damit den Akku auch laden?
Ich dachte immer, diese Board gleichen die Unterschiede nur beim 
Entladen aus.

von Udo S. (urschmitt)


Lesenswert?

Holger K. schrieb:
> Die Spannung am Akku beträgt ca. 12.8V
> Beim aktivieren der Pumpe bricht diese prompt auf ca. 5.8V zusammen.
> Sobald die Pumpe wieder ausschaltet steigt die Spannung sofort wieder
> auf 12.8V
>
> Der Akku scheint also einen ziemlich hohen Innenwiderstand zu haben.

Akku kaputt. Entweder ist die gesamte aktive Masse (mindestens einer 
Zelle) inzischen im Bodensatz oder hat sich in Bleisulfat umgewandelt. 
Oder bei mindestene einer Zelle hat ist ein Teil der Elektrode 
abgebrochen.
Akku ist hin und muss ersetzt werden.
Dein LM 317T ist nicht unbedingt die ideale Lösung.

Siehe z.B.
http://www.dse-faq.elektronik-kompendium.de/dse-faq.htm#F.9.5

Holger K. schrieb:
> Und, falls ich auf LiPo wechsle, denkt ihr dass ich für das Laden dieses
> Akkus auch bei solch geringen Ladeströmen einen balancer benötige?

LiPo braucht eigentlich immer einen Balancer.

Alternative wäre LiFePO4 aber auch mit einem BMS incl. Balancer, ist 
aber teuer.

Holger K. schrieb:
> Nun wird es jedoch Zeit, das ganze zu automatisieren.
> Deshalb habe ich in die Box, in welcher ich den Akku habe, einen Arduino
> mit WiFi eingebaut. Dieser hängt nun ganzzeitig am Akku.

Dir ist aber schon klar, das das 24h/Tag eventuell deutlich mehr Strom 
braucht als deine 2Minuten pro Tag Pumpe.

von MaWin (Gast)


Lesenswert?

Holger K. schrieb:
> Soll ich den Akku weiter behalten? Kann sich der erholen?

Der ist kaputt. Mit 3 Jahren hat er nicht bedonders lange gehalten. 
Normal wären eher 5 Jahre. Auch LiIon hält im Schnitt nicht länger, du 
bräuchtest aber eine exaktere Ladespannungsbegrenzung, ein LM317 ist für 
LiIon nicht genau genug. Auch für Blei ist der am Solarpanel doof, 
kostet zu vielLeistung. Bau lieber

http://www.dse-faq.elektronik-kompendium.de/dse-faq.htm#F.9.5

Belasse es also bei deinem Bleiakku, kauf ihn neu, lass den alten 
Recykeln. Ansonsten: Lege mal ein 23V~ Kabel, nur dann wird es zur 
langlebigen, nachhaltigen Konstruktion.

Holger K. schrieb:
> Deshalb habe ich in die Box, in welcher ich den Akku habe, einen Arduino
> mit WiFi eingebaut. Dieser hängt nun ganzzeitig am Akku.

Schmeiss den Scheiss weg, das ruiniert den Akku, taugt keine 2 Jahre und 
wird zu ewigen Baustelle. Ein Arduino braucht viel Strom, ein WiFi noch 
mehr, und ist nutzlos wie ein Loch im Knie. Als Zeitsteuerung tut es ein 
CMOS-Schaltkreis, z.B. CD4536 für mehrmals am Tag 1.5 Minuten.

Also: Neuer Bleiakku, effektivere Ladeschaltung z.B. mit ICL7665, 
robuste Zeitschaltug direkt an den 12V des Akkus mit CD4536 (eventuell 
fliesst mehr als die Zeit ei, Schwimmerschalter, Sonnenstand, was weiss 
ich, geht sicher ohne Arduino-Gedöns), und vielleicht eine "Akku ok" 
Überwachung. Der Tiefentladeschutz aus dem ICL7655 verhindert wenigstens 
schon mal tödliches Tiefntladen für den Akku. Hast du dann zyklenfeste 
gekauft, noch besser (Bleigel ist eigentlich zyklenfest).

von Holger K. (holgerkraehe)


Lesenswert?

Danke für eure Antworten

Udo S. schrieb:
> Akku kaputt.

Ohjee, das hab ich befürchtet.

Udo S. schrieb:
> Dein LM 317T ist nicht unbedingt die ideale Lösung.
>
> Siehe z.B.
> http://www.dse-faq.elektronik-kompendium.de/dse-faq.htm#F.9.5

Danke für den Tipp!

Udo S. schrieb:
> Dir ist aber schon klar, das das 24h/Tag eventuell deutlich mehr Strom
> braucht als deine 2Minuten pro Tag Pumpe.

Hab soeben mal gemessen.
Der Arduino zieht 0.5mA bei 12V ergibt somit 6mW durchschnittsleistung.

Laut Webseite:
https://arduino-projekte.info/stromverbrauch-arduino-wemos-boards/

Zieht das Wemos D1 74mA im Normalbetrieb und 4.9mA im Sleepmode.
Scheint also nicht ganz zu korrelieren mit meiner Messung. Evtl. halte 
ich mal das Oszi dran.

die 74mA sind bei 5V gemessen. Daraus ergibt sich 370mW
Der Akku liefert 12V * 1.2A = knapp 14Wh. Daraus ergibt sich eine 
Laufzeit von ca. 37h bei vollem Akku.

Theoretisch überbrücken müsste er ja nur ca. 16h. In dieser Zeit 
verliert er also ca 6Wh.
Das bedeutet, dass die Solarzelle danach noch ca 8h Zeit hat um diese 
6Wh zu füllen. gehen wir davon aus, dass sie nicht die beschriebenen 
4.2W liefert sondern vielleicht nur 2W, so erreicht sie dennoch 
innerhalb von 8h knapp 16W. bzw. 2W pro Stunde.

Dazu kommt natürlich noch der Verbrauch des Arduinos von 0.37W pro h = 
3W für 8h. Dies ergibt total einen Bedarf von 6W + 3W = 9W pro 8h. Die 
Zelle liefert bei schlechten Bedingungen jedoch 16W.

Daher denke ich, sollte das System gut genug dimensioniert sein.
Oder sieht jemand ein Rechenfehler?






MaWin schrieb:
> Belasse es also bei deinem Bleiakku, kauf ihn neu, lass den alten
> Recykeln. Ansonsten: Lege mal ein 23V~ Kabel, nur dann wird es zur
> langlebigen, nachhaltigen Konstruktion.

Warum ein 23V Kabel? Telefon?

MaWin schrieb:
> Schmeiss den Scheiss weg, das ruiniert den Akku, taugt keine 2 Jahre und
> wird zu ewigen Baustelle. Ein Arduino braucht viel Strom, ein WiFi noch
> mehr, und ist nutzlos wie ein Loch im Knie. Als Zeitsteuerung tut es ein
> CMOS-Schaltkreis, z.B. CD4536 für mehrmals am Tag 1.5 Minuten.

Ja, ich sehe Vorteile beim CMOS-Schaltkreis wie auch beim Arduino.
Ich werde mir das ganze überlegen.

MaWin schrieb:
> Der Tiefentladeschutz aus dem ICL7655 verhindert wenigstens
> schon mal tödliches Tiefntladen für den Akku.

Das ist auf jeden fall schonmal wichtig!

MaWin schrieb:
> Hast du dann zyklenfeste
> gekauft, noch besser (Bleigel ist eigentlich zyklenfest).

https://www.reichelt.de/blei-vlies-akku-12-v-1-2-ah-wp-1-2-12-p44416.html

Eigentlich hatte ich den jetzt schon oder nicht?
Ist Blei-Flies was anderes wie Blei-Gel?

von MaWin (Gast)


Lesenswert?

Holger K. schrieb:
> Warum ein 23V Kabel? Telefon?

Nein, 0 vergessen (bzw. angetippt aber nicht angekommen).

Holger K. schrieb:
> Der Arduino zieht 0.5mA bei 12V

Widerspricht dem üblichen

"Im Normalbetrieb verbraucht der Arudino Nano rund 25 mA. Schaltet sich 
der Arduino in den Standby-Modus, werden nur noch rund 7,5 mA 
verbraucht. "

Holger K. schrieb:
> Eigentlich hatte ich den jetzt schon

Ja, achte halt beim Neukauf auf zyklenfest.

von Holger K. (holgerkraehe)


Lesenswert?

MaWin schrieb:
> Widerspricht dem üblichen
>
> "Im Normalbetrieb verbraucht der Arudino Nano rund 25 mA. Schaltet sich
> der Arduino in den Standby-Modus, werden nur noch rund 7,5 mA
> verbraucht. "

Siehe meine Berechnung oben.
Laut dieser sollte auch ein Arduino mit 70mA mit der besagten 
Konstellation versorgt werden können.


Habe mir nun diesen MPPT bestellt:
https://www.aliexpress.com/item/4000761256041.html

Hoffe das teil lädt den akku besser als die jetzige lösung.

Zusätzlich könnte ich noch folgende Unterbrechungsschaltung hinzufügen, 
welche die Last abwirft:

AKKU --+---+-----+
       |   |     |
      60k 10k    |
       |   |     |S
       |   +----|I PMOSFET wie z.B. IRF9530
       |   |     |
       +---(-4M7-+
       |   |     |
       +-TL431   +-- MPPT-Regler/Arduino/Pumpe
       |   |
      20k  |
       |   |
Masse -+---+-------- Masse

Meint ihr, das könnte so funktionieren?


Übrigens, der Akku scheint sich zu erholen.
Nach nun ca. 3h in der Sonne bricht die Spannung nur noch auf 9.5V ein 
anstelle der vorherigen 5.5V

von Holger K. (holgerkraehe)


Lesenswert?

Hier ist übrigens noch das richtige Datenblatt des jetzigen Akkus:

https://docs.rs-online.com/8bdd/A700000006473082.pdf

Falls es jemanden interessiert. Ist ein Yuasa Akku.
Hab mich vertan. Hab  doch nicht den bei Reichelt bestellt.




Da steht übrigens noch:
1
Gas ReleaseVRLA Batteries release hydrogen gas which can form explosive mixtures in air. Do not place inside a sealed container

Also sollte ich wohl besser noch eine Öffnung für den Druckausgleich in 
mein Gehäuse bohren?

von Harald W. (wilhelms)


Lesenswert?

Holger K. schrieb:

>> Akku kaputt.
>
> Ohjee, das hab ich befürchtet.

Wieviel Strom zieht denn Deine Pumpe mit blockierter Welle?
Vielleicht hast Du Deinen eher kleinen Akku mit zuviel
Strom belastet. Grundsätzlich ist ein Bleiakku deutlich
einfacher zu verwenden, wenn der Faktor Gewicht keine Rolle
spielt. Das Solarpanel schliesst man einfach parallel zum
Akku an. Man muss nur dafür sorgen, z.B. mit einen Solar-
regler oder einfach mit einer "Power-Z-Diode", das die
Spannung am Akku nicht übe ca 13,7V steigt.
https://www.elektronik-kompendium.de/public/schaerer/powzen.htm

von Achim H. (pluto25)


Lesenswert?

Ihn auf 14,5V zu laden (einmalig) könnte auch helfen sein Austausch noch 
ein (halbes)Jahr zu verzögern.

von Armin X. (werweiswas)


Lesenswert?

Hallo

Was spricht gegen einen LiFePO4 Akku?
Der ist deutlich toleranter hinsichtlich nicht voll geladen werden.
https://www.akkukaufhaus.de/akkus/lifepo4/akkupacks/12-volt-13.2v/?p=1

: Bearbeitet durch User
von Dirk J. (dirk-cebu)


Lesenswert?


von Andreas B. (bitverdreher)


Lesenswert?

Ich würde das ganze Prinzip andersherum machen, wenn es schon unbedingt 
eine  Steuerung via ESP sein muß:
ESP schläft grundsätzlich und wacht alle 5min mal auf, um einen Server 
abzufragen (Zeitdauer in eine Datei oder was auch immer). Zeit 
abgelaufen: Pumpe aus und sleep von vorne. Das spart schon mal ca. 100mA 
24/7.

Bei Systemen mit Batterie/Akku fängt man immer beim  Stromverbrauch an, 
anstatt später zu überlegen wo denn der ganze Strom herkommen soll.
Nur mal als Hinweis: Eine Solarzelle mit 4W bringt bei bewölkten Himmel 
bestenfalls 0.1W. Nachts gar nichts.

Harald W. schrieb:
> Das Solarpanel schliesst man einfach parallel zum
> Akku an. Man muss nur dafür sorgen, z.B. mit einen Solar-
> regler oder einfach mit einer "Power-Z-Diode", das die
> Spannung am Akku nicht übe ca 13,7V steigt.

Genau so. Wobei eine Z-Diode ein schlechter Weg ist. Besser ein TL431 
o.ä. als Spannungsreferenz.

: Bearbeitet durch User
von Holger K. (holgerkraehe)


Lesenswert?

Danke für eure antworten.

Was spricht gegen einen Maximum Power Point Tracker?

von Udo S. (urschmitt)


Lesenswert?

Andreas B. schrieb:
> Harald W. schrieb:
>> Das Solarpanel schliesst man einfach parallel zum
>> Akku an. Man muss nur dafür sorgen, z.B. mit einen Solar-
>> regler oder einfach mit einer "Power-Z-Diode", das die
>> Spannung am Akku nicht übe ca 13,7V steigt.
>
> Genau so. Wobei eine Z-Diode ein schlechter Weg ist. Besser ein TL431
> o.ä. als Spannungsreferenz.

Harald hat einen Link zu der "Power Z-Diode" hinzugefügt. Das ist keine 
Leistungs Z-Diode, sondern eine Schaltung (bzw. eine Reihe von 
Schaltungen) die sich wie ideale Z-Dioden mit hoher Leistung verhalten.
Also eigentlich Shunt Regler.

von Andreas B. (bitverdreher)


Lesenswert?

Holger K. schrieb:
> Was spricht gegen einen Maximum Power Point Tracker?

Lohnt sich bei den Leistungen nicht. Da wird Dein Tracker mehr 
verbrauchen  als die Solarzelle liefert.

Udo S. schrieb:
> Harald hat einen Link zu der "Power Z-Diode" hinzugefügt.

Ah, ok. Sorry, das habe ich überlesen.

: Bearbeitet durch User
von Holger K. (holgerkraehe)


Lesenswert?

Danke für eure Antworten.

Der Akku scheint sich wirklich etwas erholt zu haben.
Die Pumpe läuft dennoch nicht viel länger als 20-30 Sekunden.

Daher ist der Akku wohl doch definitiv hinüber.


Was haltet ihr von solch einem Panel?

https://www.aliexpress.com/item/4000190521174.html

50W für 20USD klingt für mich nach einem akzeptablen preis.
Vorausgesetzt, das Teil liefert auch seine 50W.

Alternative wäre die hier:

https://www.victronenergy.de/upload/documents/Datasheet-BlueSolar-Monocrystalline-Panels-DE.pdf

Konkret: SPM040201200

Denkt ihr, das Alimodul taugt etwas?

Die Grösse ist mit 43x20cm angegeben.
Dies ergibt 0.086 m2.
Angenommener Wirkungsgrad: 17%
Leistung pro m2: 1000W =  0.086 x 1000 x 0.17 = 14.62W.
Scheint also irgendwas mit den 50W nicht so ganz zu passen...

: Bearbeitet durch User
von Mo (Gast)


Lesenswert?

Vergleich doch einfach mal die Fläche, die 50 Watt sind wohl kaum 
realistisch.

von Holger K. (holgerkraehe)


Lesenswert?

Mo schrieb:
> Vergleich doch einfach mal die Fläche, die 50 Watt sind wohl kaum
> realistisch.

Hab ich ja gemacht. Siehe:

Holger K. schrieb:
> Die Grösse ist mit 43x20cm angegeben.
> Dies ergibt 0.086 m2.
> Angenommener Wirkungsgrad: 17%
> Leistung pro m2: 1000W =  0.086 x 1000 x 0.17 = 14.62W.
> Scheint also irgendwas mit den 50W nicht so ganz zu passen...

von Andreas B. (bitverdreher)


Lesenswert?

Holger K. schrieb:
> Die Pumpe läuft dennoch nicht viel länger als 20-30 Sekunden.
>
> Daher ist der Akku wohl doch definitiv hinüber.

Mach den Akku doch mal an einem Ladegerät ordentlich voll.
Ich denke eher daß das Deiner mickrigen Solarzelle geschuldet ist.
Was ich von diesem Schaltungsprinzip halte, habe ich ja schon 
geschrieben.

Mo schrieb:
> 50 Watt sind wohl kaum
> realistisch.

Doch, das sind chinesische Watt: Die Leistung, die die Solarzelle von 
der Sonne über der Sahara einfangen kann.

: Bearbeitet durch User
von Holger K. (holgerkraehe)


Lesenswert?

Andreas B. schrieb:
> Mach den Akku doch mal an einem Ladegerät ordentlich voll.
> Ich denke eher daß das Deiner mickrigen Solarzelle geschuldet ist.
> Was ich von diesem Schaltungsprinzip halte, habe ich ja schon
> geschrieben.

Hab ich bereits gemacht.
Hab den auf 14.4V geladen.

Danach lief die Pumpe ca. 1 Minute.
Zog dabei 1A.

Der Akku hat 1Ah.

von Udo S. (urschmitt)


Lesenswert?

Andreas B. schrieb:
> der Sonne über der Sahara einfangen kann.

In 12km Höhe über der Sahara bei senkrechter Ausrichtung :-)

Holger K. schrieb:
> Danach lief die Pumpe ca. 1 Minute.

Also hat dein Akku noch 1 AMinute
Hol einen neuen zyklenfesten und baue eine Unterspannungsabschaltung 
(Tiefentladeschutz) dran!

Bitte melde dich an um einen Beitrag zu schreiben. Anmeldung ist kostenlos und dauert nur eine Minute.
Bestehender Account
Schon ein Account bei Google/GoogleMail? Keine Anmeldung erforderlich!
Mit Google-Account einloggen
Noch kein Account? Hier anmelden.